Гравитация Том 3 - Мизнер Ч.
Скачать (прямая ссылка):
на что-то чуждое и «физическое», погруженное в пространство-время.
В-четвертых, общая теория относительности укрепила ту точку зрения, что «физика локальна», т. е. что изучение физики становится простым, если она связывает величины в заданном событии с величинами в непосредственно прилегающих событиях.
В-пятых, в соответствии с квантовым принципом она признает, что пространство-время и время — понятия, справедливые лишь в классическом приближении, что истинная арена действия эйнштейновской динамики геометрии — не пространство-время, а суперпространство, причем эта динамика описывается, согласно квантовому принципу, как распространение амплитуды вероятности через суперпространство (гл. 43). Вследствие этого геометрия пространства подвержена квантовым флуктуациям, влияние
30*
2
408 44. За границей времени
Электрический заряд как силовые линии, захваченные топологией пространства
которых на метрические коэффициенты порядка
планковская длина L* = (JiG/c3)11'2 — 1,6- IlT33 см
б?.
линейный размер изучаемой области
В-шестых, классическая геометродинамика Эйнштейна не отдает предпочтения эвклидовой топологии, так же как и эвклидовой геометрии. Многосвязная топология дает естественное описание электрического заряда как электрических силовых линий, вплетенных в топологию многосвязного пространства (фиг. 44.1). При любом другом описании электрических явлений постулируется либо нарушение максвелловских уравнений поля для вакуума в том месте, где локализован заряд, либо существование некоторого инородного «физического» электрического субстрата, погруженного в пространство, либо и то и другое сразу. Никому до сих пор не удалось найти способ описания электрических явлений, лишенный неприятных особенностей, за исключением предположения, что квантовые флуктуации геометрии пространства па малых расстояниях столь велики, что флуктуирует даже топология, образуя «горловины» и захватывая силовые линии. Эти флуктуации не следует представлять себе связанными с частицами и обладающими масштабом расстояний, соответствующим физике элементарных частиц (~10~13 см); их надо представлять себе заполняющими все пространство («пенообразная структура геометрии») и характеризуемыми по порядку величины планков-ской длиной (~10-33 см). Таким образом, заставляет обратить на себя внимание третий тип гравитационного коллапса — коллапс, который непрерывно и всюду совершается, но вместе с тем совершается процесс, обратный коллапсу; несомненно, он является ключом к проблеме конечной стадии коллапса на уровне звезды и на уровне Вселенной (дополнение 44.2).
Дополнение 44.2. ТРИ УРОВНЯ ГРАВИТАЦИОННОГО КОЛЛАПСА:
1) ВСЕЛЕННАЯ, 2) ЧЕРНАЯ ДЫРА, 3) ФЛУКТУАЦИИ ПОРЯДКА ПЛАНКОВСКОЙ ДЛИНЫ
Сжатие и коллапс Вселенной представляют собой своего рода зеркальное отображение «большого взрыва», в пользу которого мы уже имеем так много доказательств.
Коллапс вещества с образованием черной дыры наиболее естествен на двух различных уровнях: а) коллапс плотного ядра отдельной звезды типа белого карлика (когда масса этого ядра превосходит критическую массу ~ Iilfэ или 2M^1 и нейтронная звезда уже не может служить возможной стабильной конечной конфигурацией коллапса) и б) последовательное слияние звезд в галактическом ядре с образованием черной дыры с массой до IO6Mq или даже IO9 М$.
В обоих случаях ни одно из принципиальных свойств падающего в черную дыру вещества не представляет такого интереса, как возможность выбора, которой располагает наблюдатель (что символически изображено здесь разветвляющейся стрелкой). Он может последовать за падающим в дыру веществом, и в этом случае
§ 44.3. Флуктуации вакуума 4()9
2
он увидит заключительные стадии коллапса, но лишь ценой своей жизни. Или же он может остаться в безопасности снаружи, и в таком случае даже по прошествии бесконечно большого времени он увидит лишь начальную стадию коллапса, причем падающее вещество, по его наблюдениям, будет все медленней подползать к горизонту.
На заключительных стадиях коллапса замкнутой модели Вселенной все имеющиеся в ней черные дыры захватываются общим сжатием, приближаются
друг к другу и объединяются в одно целое. Никто не может наблюдать это событие, находясь в безопасности снаружи: любой наблюдатель неизбежно будет сам вовлечен в происходящий процесс.
Коллапс при планковском масштабе длин происходит всюду и непрерывно в виде квантовых флуктуаций геометрии и, по-видимому, топологии пространства. В этом смысле коллапс постоянно протекает, но вместе с тем постоянно идет обратный процесс, моделируя тем самым такой же процесс в самой Вселенной, что можно кратко охарактеризовать термином «воспроизводство Вселенной» (см. текст).
§ 44.3. ФЛУКТУАЦИИ ВАКУУМА: ИХ ПРЕОБЛАДАНИЕ
И КОНЕЧНОЕ ДОМИНИРОВАНИЕ
Если теория Эйнштейна проливает свет на всю остальную физику, то и физика также проливает свет на геометродинамику. Пожалуй, самый центральный пункт состоит в следующем: пустое пространство вовсе не является пустым — оно представляет собой вместилище самых бурных физических процессов. Электромагнитное поле флуктуирует (гл. 43). Там непрерывно рождаются и аннигилируют виртуальные пары электронов и позитронов, пары мю-мезонов, пары барионов и пары других частнц. Все эти построено ли
